В течение 1954 г. в ОКБ-2 рассматривали все возможные варианты развития ракеты ШМ и пути их реализации. Неожиданным катализатором расширения и интенсификации этих работ стала информация о поступлении на вооружение американских истребителей управляемых ракет AIM-4 Falcon и широкомасштабных работах в США по авиационным ракетам других типов, на основании которой советское Правительство в самом конце года приняло постановление о ускоренном развертывании соответствующих разработок в СССР.

К этому времени ухе были сформулированы основные предпосылки повышения характеристик ШМ. Они предусматривали увеличение в полтора раза площади крыльев, улучшение характеристик устойчивости ракеты, увеличение топливного заряда и запасов сжатого газа для рулевых приводов, применение более мощной боевой части. Эти изменения и представили в эскизном проекте ракеты К-5М, выпущенном в марте 1955 г.

Внешне новая ракета отличалась от своей предшественницы лишь увеличенными размерами крыльев и формой носовой части, где устанавливался радиовзрыватель. Тем не менее, боевые возможности ракеты существенно возросли. Так, радиус действия боевой части ракеты, обладавшей направленным осколочно-фугасным действием увеличился в полтора раза. Сама ракета получила возможность совершения маневров с перегрузками вдвое превышающими перегрузки "ШМ" - до 18 единиц. На ракете применили новый радиовзрыватель АР-45 без характерной для исходной ракеты кольцевой антенны.

К-5М представили на испытания весьма оперативно - уже весной 1956 г. во Владимировке состоялись ее первые пуски с истребителя МиГ-19  59210108. Носитель, самолет СМ-2М с двумя пусковыми устройствами АПУ-4, не оснащался РЛС и предназначался для пусков только автономных ракет без радиокомандиой аппаратуры. Позднее к испытаниям подключили перехватчик МиГ-19ПМ (СМ-7М) с радиолокатором РП-2У. Два самолета переоборудовали на горьковском заводе  21, оснастив их четырьмя пусковыми устройствами.

В середине пятидесятых годов инженер-испытатель Фрунзе Согомонян, начинавший свой путь в ракетной технике еще у Бисновата работами по СНАРС-250, стал одним из корифеев среди испытателей ОКБ-2. В процессе испытаний К-5М ему довелось принять участие в поисках ответов на самые сложные вопросы, которые подбрасывались ракетами. Поэтому об этом периоде своей жизни он вспоминал с большим уважением: "При первом же автономном пуске К-5М ракета начала творить чудеса. Через считанные секунды полета она потеряла управление и, сделав несколько виражей, ушла к земле. Мы самым тщательным образом осмотрели ее остатки, но ничего существенного с нашей, "ракетной" точки зрения не обнаружили. Не наблюдалось ни явных разрушений ракеты в полете, ни следов прогара двигателя - всего того, на что раньше можно было "списать" в отчете подобные фокусы. Естественно, что наши взоры устремились на автопилотчиков КБ-1 - невысокая надежность устройств управления ракетой секретом ни для кого не являлась. Доложили на "фирму" Грушину. Петр Дмитриевич выслушал по телефону наши догадки и согласился с тем, что дело, по-видимому, в аппаратуре. Однако, руководитель автопилотчиков Савин правдоподобной версии случившегося также не смог предложить. Но, чтобы дело сдвинулось с места объявил конкурс - тому кто найдет причину отказа ракеты будет немедленно выдана бутылка коньяка из его личных запасов. Энтузиазма в поиске отгадки у всех нас заметно прибавилось и уже через несколько дней драгоценный в условиях полигона приз нашел своих обладателей, которые, как оказалось, докопались до одного из просчетов разработчиков аппаратуры. Причиной отказа ракеты стал... воздух, который стравливался из рулевых машинок в отсек с аппаратурой. В результате, происходил наддув отсека, начинали "дышать" платы с деталями аппаратуры и, в конце концов, одна из плат касалась корпуса ракеты. Следовало короткое замыкание и вскоре ракета оказывалась на земле. Лечение обнаруженной проблемы оказалось простым и эффективным - подозрительную плату развернули и больше в контакт с корпусом она не вступала."

В ходе летной отработки встретились и с более сложными явлениями, о которых рассказал еще один участник испытаний К-5М, инженер-испытатель ОКБ-2 Леонид Евгеньевич Спасский: "Планомерные пуски К-5М с МиГ-19 проводились первое время на высотах около пяти километров и каких-либо проблем самолету они не приносили. Пришло время для первого пуска К-5М на высоте более десяти километров. Летчик докладывает по радио: "Произвожу пуск" и сразу же смолкает. Самолет пропадает с экрана локатора,связи нет... Мы стоим на КП и слушаем, как руководитель полетов безуспешно вызывает на связь наш "борт пятьсот сорок шестой". Мысли в голове и догадки, конечно, не самые радужные... Но спустя несколько минут летчик, наконец, откликается и совсем скоро совершенно неповрежденный МиГ садится на аэродром. Оказалось, что сразу же после пуска ракеты остановились оба двигателя и летчику пришлось заняться их аварийным запуском. Естественно, что в этой ситуации из падающего самолета с "Землей" не поговоришь... Но нам в этой ситуации еще "повезло" - при испытаниях других ракет из-за аналогичной остановки двигателей произошло несколько катастроф, погибли летчики.

Столкновение с этим явлением, конечно, не стало неожиданностью. Первопричиной его было попадание пороховых гадов от ракеты в двигатель самолета и изменение, в результате, его режима работы - пороховые газы искажали установившееся течение воздуха и изменяли состав горючей смеси в камере сгорания. Сложность этого явления заключалась в том, что оно заметно проявлялось лишь при взаимодействии целого комплекса причин - конструктивных особенностей двигательной установки, характеристик ракеты, условий полета и предсказанию практически не поддавалось.

Наиболее интенсивные работы в этом направлении велись п те годы в НИИ-2 и ЦИАМ. Еще в первой половине пятидесятых годов здесь занялись изучением многообразных факторов, влияющих на это явление. Учитывая всю его многоплановость в 1953 г. сформировали специальную координационную комиссию. Обобщение полученных результатов испытаний и исследований позволило наметить и меры по устранению этого явления. Интересно, что во время запусков ШМ с МиГ-17 это явление не отмечалось - двигатель с центробежным компрессором ВК-1Ф, установленный на этом дозвуковом истребителе оказался малочувствительным к попаданию газов от ракетного двигателя, равно как и к стрельбе из авиационных пушек. Двигатель с осевым компрессором РД-9Б на сверхзвуковом МиГ-19 подобной "добродетелью" не отличался. Имея значительно меньшие запасы по устойчивости, он преподнес множество неприятных "сюрпризов", для борьбы с которыми пришлось применять самые неординарные меры.

Для применения РС-1У еще в 1954 г. на базе МиГ-19 разработали проект самолета-носителя - СМ-7А с РЛС "Изумруд-2" и оптическим прицелом АСП-5НВ с четырьмя подкрыльевыми пусковыми устройствами АПУ-3. По результатам рассмотрения этого проекта было принято решение об окончательной переориентации на К-5М и соответствующие средства ее наведения. Эскизный проект оснащенного радиолокатором "Изумруд-2" самолета СМ-7М с размещением ракет К-5М (изделий "И") на четырех АПУ-4 был утвержден 7 января 1955 .г. Еще через год второй прототип всепогодного перехватчика с цельноповоротным стабилизатором СМ-7/2 доработали в ракетоносец СМ-7/2М, испытания которого провели в октябре 1957 г. Уже в 1957 г. на заводе в Горьком выпустили 7 таких машин ("тип 65") с радиолокаторами РП-2У, затем началась их массовая постройка.

Большую часть государственных испытаний ракетоносного перехватчика МиГ-19 провел лстчик-испытатель Степан Микоян. Испытательные полеты с ракетами К-5М начались 14 октября 1957 г. и продолжались десять дней. В результате, была получена положительная оценка новой системы вооружения и принято решение о запуске ее в серийное производство.

Кроме того, в июле - августе 1957 г. на МиГ-19 59210406 и 59210103 провели заводские летные испытания системы "КС", регулирующей работу двигателя и предотвращающей его остановку при пуске ракет.

После принятия системы на вооружение по Постановлению от 28 ноября 1957 г.  134-54 она получила обозначение С-2-У, ракета - РС-2У. На горьковском заводе  21 носитель запустили в серию под обозначением МиГ-19ПМ ("изделие 65"), выпустив 369 самолетов с 1956 по 1960 год. Таким образом, ракетоносцы составили пятую часть от без малого 1900 построенных МиГ-19. В свою очередь, в 1957 1959 годах, было выпущено и большое количество ракет РС-2У.

К сожалению, надежность радиоэлектронного оборудования МиГ-19ПМ оказалась еще ниже, чем у его предшественника - "пушечного" МиГ-19П. Значительно ухудшились и летные характеристики. Так, максимальная скорость едва превышала звуковую - большое сопротивление пилонов с ракетами снизило ее с 1452 до 1250 км/час. В сочетании с частыми отказами системы управления (прежде всего - радиолокатора "Изумруд-2М") и отсутствием артиллерийского вооружения это еще больше испортило репутацию самолета. Лишь к концу периода эксплуатации МиГ-19ПМ удалось добиться приемлемых характеристик надежности аппаратуры. В начале шестидесятых годов после оснащения более совершенной аппаратурой наведения "Лазурь" перехватчики получили обозначение МиГ-19ПМЛ.

С выпуском К-5М работы по дальнейшей модернизации "ШМ" в ОКБ-2 не закончились. В марте 1956 г. выпустили эскизный проект по еще одному ее варианту - К-5С. Базируясь на уже имевшихся результатах пусков на этом варианте предлагалось радикально решить проблему относительно невысокой эффективности ракет этой системы вооружения. Как отмечал в своих воспоминаниях, написанных в восьмидесятые годы, генерал-полковник Ю.В. Вотинцев "эффективность поражения целей ракетами РС2-УС составляла всего лишь 0,6-0,7.

Действительно, при испытаниях на земле осколки боевых частей этих ракет с пятиметрового расстояния пробивали броневой лист толщиной 10-12 мм. Но это лишь свидетельствовало об уровне поражающего действия собственно боевых частей. Как неоднократно показывали результаты испытательных пусков, ракеты далеко не всегда оказывались на таких расстояниях от цели. Для представлявших собой многотонные и многометровые объекты самолетов далеко не каждое попадание осколков ракеты могло оказаться смертельным. Так, выход из строя реактивного двигателя самолета-мишени или разрушение его баков с топливом происходили при подрыве ракеты в девяти десяти метрах от них, для разрушения хвостовой части самолета требовался промах не более четырех, а для разрушения крыла - не более двух с половиной метров.

Решение, предложенное в ОКБ-2 в начале 1956 г. выглядело действительно радикальным - значительно увеличить массу боевой части ракеты при соответствующей доработке двигателя. По всем расчетам выходило, что эффективность такой "подросшей" ракеты РС-2У значительно повысится даже при сохранении неизменной величины промаха. На К-5С планировалось установить и более совершенный радиовзрыватель, аналогичный разрабатываемому в то же время для ракеты К-6. По расчетам для поражения тяжелого самолета-бомбардировщика достаточно было всего двух ракет, а не четырех , как это требовалось при использовании РС-2У. Стоимость же каждой из К-5С лишь ненамного превышала РС-2У, а значит затраты на решение боевой задачи снижались почти вдвое.

Но К-5С не состоялась. Сначала не хватило возможностей истребителей-перехватчиков - вдвое более тяжелые ракеты потребовали и более мощных узлов подвески, укрепления крыльев. Позже, по мере приближения летных испытаний К-6 первоначальный интерес к этой работе окончательно угас.